沼氣肥中的重金屬在土壤-大蒜中的遷移轉(zhuǎn)化

曹昀 湯思文 劉燕燕

摘要：通過盆栽試驗(yàn)，研究銅（Cu）、鋅（Zn）、鉻（Cr）、砷（As）在土壤-大蒜中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。設(shè)置1個(gè)空白組、3個(gè)試驗(yàn)組（T1、T2、T3），每個(gè)試驗(yàn)組設(shè)置5個(gè)梯度（沼液稀釋度設(shè)為1 ∶ 8、1 ∶ 5、1 ∶ 4、1 ∶ 2、1 ∶ 1，加入沼渣的量分別為90、120、150、180、210 g），每個(gè)梯度設(shè)置1個(gè)平行。測定并計(jì)算土壤、大蒜的重金屬含量、元素相關(guān)性、土壤-大蒜化學(xué)計(jì)量比、富集系數(shù)等指標(biāo)。結(jié)果表明，（1）沙土中的As含量除沼渣沼液合施組（T2）中的1 ∶ 5（210 g），沼液施肥組（T3）中的1 ∶ 5、1 ∶ 8超過GB 15618—2008《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)外，其他組都超過GB 15618—2008《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。大蒜土壤中的As、Zn隨著沼氣肥濃度的增加變化趨勢明顯，大蒜土壤中的As含量都超過了國家標(biāo)準(zhǔn)，從大蒜植物樣試驗(yàn)組T1、T2、T3組中未檢測出As;（2）大蒜吸收Cr元素的能力最強(qiáng)，沼液施肥處理中Cr的遷移能力最強(qiáng)的是稀釋比為1 ∶ 8的，且超過國家標(biāo)準(zhǔn)，但在沼渣施肥時(shí)遷移能力最弱的是210 g處理;在沼液施肥處理下，Zn元素遷移能力最強(qiáng)的是稀釋比為1 ∶ 8的，且遷移能力表現(xiàn)為Zn>Cu，土壤中的Cu、Zn含量可以促進(jìn)大蒜對(duì)Cr元素的吸收，大蒜中的重金屬以Cr最多，且全部超標(biāo)。綜上所述，土壤-大蒜中遷移能力是As最弱，Cr最強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：沼氣肥;重金屬;土壤;大蒜;遷移轉(zhuǎn)化

中圖分類號(hào)： S156;X71? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）10-0291-05

近年來，畜禽養(yǎng)殖業(yè)逐漸向規(guī)模化快速發(fā)展，大量畜禽糞便引起的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。沼氣肥由畜禽糞便發(fā)酵產(chǎn)生，目前各地大量興起沼氣肥加工產(chǎn)業(yè)，它既符合廢棄物治理的減量化、資源化和生態(tài)化原則，又能減少環(huán)境污染[1-4]。沙土土質(zhì)疏松，有機(jī)質(zhì)含量低，保水保肥性差，是由80%以上的沙和20%以下的黏土混合而成的土壤。這種土壤土質(zhì)疏松，透水透氣性好，但是保水保肥能力差，不適宜某些植物生長，施加沼氣肥可以改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力。畜禽對(duì)飼料中銅（Cu）、鋅（Zn）、鉻（Cr）、砷（As）等微量元素添加劑的利用率較低，造成沼氣肥中大量重金屬積累，不合理的配施沼氣肥可能導(dǎo)致土壤重金屬含量超標(biāo)及農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量、品質(zhì)下降[5-8]。本研究以種植在含有沼氣肥的沙土中的大蒜為研究對(duì)象，測定Cu、Zn、Cr、As元素在土壤-大蒜中的轉(zhuǎn)移情況，以期為沙化地區(qū)蔬菜的安全種植提供參考依據(jù)，對(duì)改良沙土土壤肥力有重要意義，同時(shí)也是發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)的有效途徑。

1 材料與方法

1.1 材料

供試大蒜種子購于江西省九江市德安縣種子公司;供試土壤取自江西師范大學(xué)附近的農(nóng)家菜地及贛江采沙場，按照80%沙、20%黏土的體積比例進(jìn)行混合;沼氣肥由江西省德邦牧業(yè)有限公司提供，沼肥主要由豬糞發(fā)酵而成。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)時(shí)間為2017年3—4月。試驗(yàn)地點(diǎn)位于江西省南昌市江西師范大學(xué)鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。本試驗(yàn)以沙土為基質(zhì)，在長×寬×高為31 cm×24 cm×9 cm的花盆中施加沼氣肥，在室內(nèi)種植大蒜。如表1所示，本試驗(yàn)設(shè)置1個(gè)空白組，3個(gè)試驗(yàn)組，每個(gè)試驗(yàn)組設(shè)置5個(gè)梯度，每個(gè)梯度設(shè)置1個(gè)平行，沼液稀釋程度設(shè)為1 ∶ 8、1 ∶ 5、1 ∶ 4、1 ∶ 2、1 ∶ 1，加入沼渣的量設(shè)為90、120、150、180、210 g，然后用沙土（80%沙，20%黏土）將各組土壤補(bǔ)足至8 100 g。供試沼氣肥與飼料的重金屬含量見表2，試驗(yàn)前后土壤的pH值為6.2～7.3。試驗(yàn)2個(gè)月后，對(duì)大蒜進(jìn)行收割，并采集試驗(yàn)組中的土壤及大蒜樣品，做好標(biāo)記。

1.3 樣品處理與測試

將大蒜用自來水和去離子水沖洗，再將洗凈后的大蒜樣品用吸水紙吸干表面的水分并風(fēng)干，放入已稱質(zhì)量的干燥培養(yǎng)皿（m0）中稱質(zhì)量（m1）。將培養(yǎng)皿和樣品一起置于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中于80 ℃（鼓風(fēng)）烘約24 h，樣品烘脆后用玻璃棒輕輕壓碎，然后于105 ℃（不鼓風(fēng)）烘約12 h，冷卻，稱質(zhì)量。再用相同的方法烘約2 h，稱質(zhì)量，至質(zhì)量恒定為止（將最后的質(zhì)量記作m2），按照式（1）計(jì)算大蒜樣品的含水量。將土壤樣品自然風(fēng)干后，與植物樣品一樣經(jīng)研缽研磨過100目尼龍篩。土壤、植物樣品都采用HF-HNO3法消解，然后用Optima 8000 ICP-OES（電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀）檢測。試驗(yàn)過程中使用的試劑均為優(yōu)級(jí)純，試驗(yàn)所用器皿均在10%硝酸和去離子水中分別浸泡24 h以上，所有樣品批次含有相應(yīng)的試劑空白，并進(jìn)行20%平行樣的測定。大蒜中的重金屬含量以鮮質(zhì)量計(jì)。

式中：f為植物樣品中的含水量;m0為培養(yǎng)皿質(zhì)量，g;m1為植物鮮樣品和培養(yǎng)皿的總質(zhì)量，g;m2為植物干樣和培養(yǎng)皿的總質(zhì)量，g。

土壤樣品基本性質(zhì)的測定采用常規(guī)方法，其中pH值采用去離子水浸提pH計(jì)法測定，水、土體積比=2.5 ∶ 1。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

植物樣品測定用數(shù)據(jù)為干樣數(shù)據(jù)，本研究中所用數(shù)據(jù)為換算后的鮮樣數(shù)據(jù)，植物鮮樣中重金屬含量的計(jì)算公式如下：

式中：W為烘干土壤中砷、銅、鋅、鉻的含量，mg/kg;C為樣品濃度，C=C測定組-C空白組，mg/L;V為樣品體積，mL;m為消解時(shí)所取樣品的質(zhì)量，g;f為土壤含水量。

采用Office 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及制圖，統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 21.0軟件完成，對(duì)試驗(yàn)組的重金屬元素含量進(jìn)行單因素方差分析（one-way ANOVA），并采用LSD（最小顯著性差異法）多重比較分析不同沼氣肥試驗(yàn)組中相同重金屬元素含量的差異。

2 結(jié)果與分析